控制技术课期末复习资料.doc

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1、过程装备控制技术及应用教学大纲教学内容：第一章 控制系统的基本概念（3学时）概述 控制系统的组成 控制系统的方框图 控制系统的分类控制系统的过渡过程及其性能指标基本要求：掌握过程控制系统的组成、结构、分类及其过渡过程和性能指标。重 点：准确理解过程控制系统的组成、结构、分类及其过渡过程和性能指标。难 点：正确理解过程控制系统的各组成部分及其作用，控制系统的两大类性能指标（过渡过程的质量指标和偏差积分性能指标）的定义和含义。第二章 过程装备控制基础（9学时）被控对象的特性 单回路控制系统 复杂控制系统基本要求：掌握过程控制的基础理论知识，内容包括被控对象特性、简单控制系统和复杂控制系统。重 点：

2、准确理解被控对象特性、单回路控制系统和复杂控制系统的控制基本原理和结构形式。难 点：正确理解被控对象的数学描述、特性参数及其对控制系统的影响，调节器的调节规律（位式、比例、积分、微分）的数学表达，比例度、积分时间、微分时间对系统过渡过程的影响及其调节规律的选取，复杂控制系统（串级、前馈、比值、选择性、均匀控制系统）的基本原理、主要结构形式及其优缺点。第三章 过程检测技术（14学时）测量基本知识误差基本知识 压力测量 温度测量 流量测量 液位测量 物质成分分析传感器概述 计算机辅助测试系统基本要求：掌握过程测量的基本概念和误差基本知识；压力、温度、流量、液位、物质成分等参数的测量原理、方法及应用

3、；新型传感器的介绍以及计算机辅助测试系统。重 点：准确理解误差的基本知识；各类压力、温度、流量、液位、物质成分测量仪表的基本原理及其应用范围；传感器的基本概念及组成。难 点：正确理解压力、温度、流量、液位、物质成分等参数的测量原理。第四章 过程控制装置（8学时）1 变送器2 调节器3 执行器基本要求：掌握过程控制装置，包括变送器、调节器和执行器的工作原理和特点。重 点：准确理解变送器、调节器和执行器的工作原理和特点。难 点：正确理解变送器、调节器和执行器的工作原理和特点。第五章 计算机控制系统（4.5学时）1 概述2 计算机控制系统的组成及分类3 A/D与D/A转换器4 直接数字控制系统5 计

4、算机控制系统的设计与实现6 提高计算机控制系统可靠性的措施基本要求：掌握计算机控制系统，包括计算机控制系统的组成及分类，A/D、D/A转换器，直接数字控制系统，计算机控制系统的设计与实现以及提高计算机控制可靠性的措施。重 点：准确理解计算机控制系统的组成及分类，A/D、D/A转换器，直接数字控制系统。难 点：正确理解A/D、D/A转换器的工作原理、主要参数及选择原则；直接数字控制系统的基本算法及改进算法。第六章 典型过程控制系统应用方案（1.5学时）单回路控制系统的应用基本要求：单回路控制系统的应用。重 点：单回路控制系统的组成及系统设计。难 点：单回路控制系统的设计（被控参数及控制系数选择、

5、过程检测控制仪表的选用）。实验教学：上水箱液位PID整定实验（4学时） 验证性实验基本要求：熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理；分析分别用P、PI调节时的过程图形曲线；定性地研究P、PI调节器的参数对系统性能的影响。重 点：单回路反馈控制系统的组成和工作原理；P、PI调节器的参数对系统性能的影响。难 点：P、PI调节器的参数整定。第一章 控制系统的基本概念1.什么叫生产过程自动化？生产过程自动化主要包含了哪些内容？答：利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。主要包含：自动检测系统信号联锁系统自动操纵系统自动控制系统。2.自动控制系统主要由哪几个环节组成？自动控制系统常用的术语

6、有哪些？答：一个自动控制系统主要有两大部分组成：一部分是起控制作用的全套自动控制装置，包括测量仪表，变送器，控制仪表以及执行器等；另一部分是自动控制装置控制下的生产设备，即被控对象。自动控制系统常用的术语有：被控变量y被控对象内要求保持设定数值的工艺参数，即需要控制的工艺参数，如锅炉汽包的水位，反应温度；给定值（或设定值）ys对应于生产过程中被控变量的期望值；测量值ym由检测原件得到的被控变量的实际值；操纵变量（或控制变量）m受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，是调节阀的输出信号；干扰f引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素；偏差信号（e）被控变量的

7、实际值与给定值之差，即e=ym - ys控制信号u控制器将偏差按一定规律计算得到的量。3.什么是自动控制系统的方框图？它与工艺流程图有什么不同？答：自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。其中每一个分块代表系统中的一个组成部分，方块内填入表示其自身特性的数学表达式；方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。而工艺流程图则是以形象的图形、符号、代号，表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连

8、接，借以表达在一个化工生产中物料和能量的变化过程，即原料成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。4.在自动控制系统中，什么是干扰作用？什么是控制作用？两者有什么关系？答：干扰作用是由干扰因素施加于被控对象并引起被控变量偏离给定值的作用；控制作用是由控制器或执行器作用于被控对象，通过改变操纵变量克服干扰作用，使被控变量保持在给定值，两者的相同之处在于都是施加于被控对象的作用，不同之处在于干扰作用是使被控变量偏离给定值，而控制作用是使被控变量接近给定值。5.什么是闭环控制？什么是开环控制？定值控制系统为什么必须是一个闭环负反馈系统？答：闭环控制是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自

9、动控制，即操纵变量通过被控对象去影响被控变量，而被控变量又通过自动控制装置去影响操纵变量，从信号传递关系上看，构成了一个闭合回路。开环控制是指控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系的自动控制系统。即操纵变量通过被控对象去影响被控变量，但被控变量并不通过自动控制装置去影响操纵变量，从信号传递关系上看，未构成闭合回路。定值控制系统要求给定值恒定不变，控制系统的输出即被控变量应稳定在与给定值相对应的工艺指标上，或在工艺指标的上下一定范围内变化，因此需要闭环控制。另外负反馈其反馈信号的作用方向与设定信号相反，是系统稳定工作的基本条件，因此定值控制系统必须是一个闭环负反馈系统。6.在图1-11的

10、换热器出口温度控制系统中，工艺要求热物料出口温度保持为某一设定值。试画出该控制系统的方框图；方框图中各环节的输入信号和输出信号是什么？整个系统的输入信号和输出信号又是什么？系统在遇到干扰作用（如冷物料流量突然增大 ）时，该系统如何实现自动控制的？TCTT冷物料蒸汽热物料答：如图所示为该控制系统的方框图。TsT 干扰作用作用温度控制器执行器换热器温度测量变送装置该控制系统及各环节的输入、输出信号如图所示。整个系统的输入信号为：给定值ys，干扰作用f，输出为热物料出口温度T，当冷物料流量增大 ，则出口温度y减小，TT检测后所得ym减小，偏差信号e=ym-ys0，输入调节器后产生控制信号u，使执行器

11、或调节阀加大阀门开度，使温度T升高，从而实现控制。7.图1-12为贮糟液位控制系统，工艺要求液位保持为某一数值，（1）试画出该系统的方框图；（2）指出系统中被控对象，被控变量，操纵变量，干扰作用各是什么？LTLCqv1qv2（1）如图所示为该控制系统的方框图；f贮槽hhs液位控制器 执行器液位测量变送装置 -（2）该系统中被控变量对象为贮槽；被控变量为贮槽液位；操纵变量为出水流量；干扰作用为：进水流量，大气温度等。8.什么是自动控制系统的过度过程？在阶跃干扰作用下有哪几种基本形式？其中哪些能满足自动控制的要求，哪些不能，为什么？答：对于任何一个控制系统，扰动作用是不可避免的，系统受到扰动作用后

12、，其平衡状态被破坏，被控变量就要发生波动，在自动控制作用下经过一段时间，使被控变量回复到新的稳定状态，即系统从一个平衡状态进入另一个平衡状态之间的过程称为系统的过度过程。在阶跃干扰作用下，其过度过程曲线有：发散振荡过程 等幅振荡过程 衰减振荡过程 非振荡的单调过程。 其中衰减振荡和非振荡的单调过程属于稳定的过渡过程，能满足自动控制的要求，其它的不能。9.试画出衰减比分别为n1,n 时的过度过程曲线？答：如图所示：n，单调过程n1，发散振荡n1，衰减振荡n=1，等幅振荡10.表示衰减振荡过程的控制指标有哪些？答：表示衰减振荡过程的控制指标有： 最大偏差A指过渡过程中被控变量偏离设定值的最大值，即

13、被控变量第一个波的峰值与给定值的差。衰减比n过渡过程曲线上同方向的相邻两个波峰之比。回复时间（过渡时间）ts指被控变量从过渡状态回复到新的平衡状态的时间间隔，即整个过渡过程所经历的时间。差e( )指过渡过程终了时被控变量新的稳态值与设定值之差。振荡周期T过渡过程的第一个波峰与相邻的第二个同向波峰之间的时间间隔，其倒数称为振荡频率。第二章 过程装备控制基础1.什么是被控对象的特性？表征被控对象特性的参数有哪些？它们的物理意义是什么？答：所谓被控对象的特性，是指当被控对象的输入变量发生变化时，其输出变量随时间的变化规律（包括变化的大小，速度），描述被控对象特性的参数有放大系数K，时间常数T和滞后时

14、间 。K被控对象重新达到平衡状态时的输出变化量与输入变化量之比。由于放大系数K反映的是对象处于稳定状态下的输出和输入之间的关系，所以放大系数是描述对象静态特性的参数。T时间常数是指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间。或当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的63.2%所需时间。时间常数T是反映被控变量变化快慢的参数，因此是对象的动态参数。滞后时间 是纯滞后0时间 和容量滞后c 的总和。输入变量的变化落后于输入变量变化的时间称为纯滞后时间，纯滞后的产生一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间引起的。容量滞后一般是因为物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的。滞后时间 也是反映对象动态特性的重要参数。2.为什么说放大系数是对象的静态特性，而时间常数和滞后时间是动态特性？答：放大系数K表达了被控对象在干扰作用下重新达到平衡状态的性能，是不随时间变化的参数，所以K是被控对象的静态特性参数。时间常数反映了被控对象受到输入作用后，输入变量达到新稳态值的快慢，它决定了整个动态过程的长短，所以是动态特性参数。滞后时间也是描述对象滞后现象的动态参数。3.什么是被控对象的控制通道？什么是干扰通道？答：对一个被控对象来说，输入